CN207440771U - 一种基于外部存储器和icap口的sram型fpga抗辐射加固电路 - Google Patents
一种基于外部存储器和icap口的sram型fpga抗辐射加固电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路包括：至少三个外部存储器、SRAM型FPGA，所述SRAM型FPGA具有位流存储器和ICAP接口，所述SRAM型FPGA的CLB位流保存在位流存储器。本实用新型的FPGA抗辐射加固电路可以针对SRAM型FPGA进行抗辐射加固，而不需要额外的高可靠FPGA作为监控，充分利用SRAM型FPGA本身的资源，其采用ICAP口回读自身的配置存储器位流，节约接口资源，并且对外部存储器的工艺限制小，易于实现，且可以移植应用，并且外部存储数据的可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及空间电子系统抗辐射加固领域，具体涉及一种基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路。
背景技术
随着CMOS工艺尺寸的缩小，工作在空间环境的集成电路受单粒子错误带来的失效问题影响愈来愈严重。未来数据中继卫星、宽带通讯卫星、遥感卫星、无线电侦察卫星、导航卫星、预警卫星等都需要性能强大的星载处理平台(OPP，On-board ProcessingPlatforms)以确保太空支援能力，这些星载处理平台主要由FPGA、DSP、ADC、DAC等芯片为主要元器件搭建。而这些大规模集成电路器件，尤其是SRAM-FPGA极易受空间单粒子效应的影响。空间单粒子效应的存在严重威胁着航天器的可靠性和工作寿命。
如何对SRAM-FPGA进行抗辐射加固一直是让卫星总师和工程设计人员关注的问题。目前常见的加固方法是对SRAM-FPGA的配置存储器进行回读刷新，通过对比回读数据的正确性来确定是否局部刷新，否则，就不断对配置存储器进行周期刷新。而进行回读的接口一般就JTAG或 Select-MAP，SRAM-FPGA上电时其程序保存在PROM中，这其中存在接口不够灵活的问题。而且PROM的数据存储容量小，容易发生单粒子翻转。而其他外置存储器，如Flash大容量存储器在星载电子系统中应用愈来愈多，不但具有大容量存储能力，而且有别于PROM的工艺使其抗辐射特性得到提升，让其成为卫星数据存储和转发的重要部件。
而在回读刷新方面，目前经常采用的接口是SelectMAP或JTAG，外部的监控FPGA，通常以Actel FPGA监控SRAM型FPGA的状态，通过 SelectMAP或JTAG进行局部或定时刷新，实现抗辐射加固。这种方式第一是需要额外的监控FPGA，而且当前此类技术中常用的外部存储器是 PROM，而PROM的劣势在上段已提到。
ICAP(Internal Configuration Access Port)接口是FPGA内部的硬件原语，它提供给用户逻辑访问FPGA配置存储器的另一途径。ICAP类似于 FPGA的SelectMap接口，不同的是不能通过ICAP上电加载程序，因为其只能被用户逻辑访问。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，该电路能够对卫星存储数据进行加固，确保数据的可靠性。
具体而言，本实用新型提供了一种基于外部存储器和ICAP口的SRAM 型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路包括：至少三个外部存储器、SRAM型FPGA，所述SRAM型FPGA具有位流存储器和ICAP接口，所述SRAM型FPGA的CLB位流保存在位流存储器，所述外部存储器通过所述ICAP接口与所述FPGA相连，所述SRAM 型FPGA上电工作初始时刻先从位流存储器下载CLB位流，所述ICAP接口从所述FPGA回读的自身CLB位流，分别写入至少三个所述外部存储器。
优选地，所述位流存储器采用外部PROM，CLB位流保存在所述外部 PROM中。
优选地，所述外部存储器为Flash存储器。
优选地，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括中央控制器，所述中央控制器分别与位流存储器和ICAP接口相连，用以控制参数的回读、校验和刷新。
优选地，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括数据回读模块，所述数据回读模块用于在中央控制器的控制下，从FPGA和外部存储器回读FPGA的参数。
优选地，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括数据校验模块，所述数据校验模块用于将回读获得的FPGA参数进行校验。
优选地，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括外部存储管理模块，所述外部存储管理模块与所述ICAP接口以及所述外部存储器相连以对二者进行读写控制。
有益效果
与现有技术相比，本实用新型的FPGA抗辐射加固电路具有以下优点：
1、可以针对SRAM型FPGA进行抗辐射加固；
2、不需要额外的高可靠FPGA作为监控，充分利用SRAM型FPGA 本身的资源；
3、采用ICAP口回读自身的配置存储器位流，节约接口资源；
4、外部存储器的工艺限制小；
5、方法简单，易于实现，且可以移植应用；
6、外部存储数据的可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型实施例中基于Flash存储器和ICAP 口的抗辐射加固FPGA系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中的抗辐射加固电路的工作流程。
具体实施方式
以下结合附图及其实施例对本实用新型进行详细说明，但并不因此将本实用新型的保护范围限制在实施例描述的范围之中。
如图1所示，本实施例是一个SRAM型FPGA和Flash所组成的抗辐射加固电路，其包括3个Flash存储器。Flash存储器和FPGA之间通过ICAP 接口通信。FPGA的型号为XC5VFX100T，Flash存储器的型号为 MT29F128G。还有一个外部PROM负责保存FPGA的CLB位流程序。本实施例中，在FPGA中还设置外部存储器管理模块，这里为Flash存储器管理模块，其连接在ICAP接口与Flash存储器之间，用于对数据的存储和回读进行管理。
本实施例的抗辐射加固电路工作时，在SRAM型FPGA本身上电工作初始时刻先从作为位流存储器的外部PROM下载CLB(Configurable Logic Block，可配置逻辑块)位流，然后内部ICAP口从FPGA回读的自身CLB 位流，并计算回读帧校验值，连同回读指令，以分别写入三个外部的Flash 存储器中，实现抗辐射信息数据的空间冗余。
实施例中，Flash存储器中的抗辐射数据格式为SRAM型FPGA的CLB 位流+回读指令+回读帧校验值。
实施例中，与抗辐射加固相关的回读、校验、刷新功能在SRAM型FPGA 中实现，通过SRAM型FPGA内部的ICAP硬核单元对FPGA本身的配置存储器进行回读、校验、刷新，使得FPGA本身具有抗辐射能力。SRAM 型FPGA中可以设置中央控制器，用于对回读、校验、刷新进行控制。
该加固电路的FPGA中还可以集成或模块化形成校验模块和回读模块。数据回读模块用于在中央控制器的控制下，从FPGA和外部存储器回读 FPGA的参数。
本实施例中，采用三个Flash存储器作为外部存储器，FPGA运行过程中的关键参量和抗辐射数据进行三模冗余存储，在刷新时通过三模冗余比对检测外部存储器中关键参数或抗辐射加固数据是否发生翻转，并且通过触发回读重写存储器抗辐射信息数据对存储器中的位翻转进行纠正。
本实施例的抗辐射加固电路的工作流程为：
(1)把抗辐射信息数据下载到FPGA的CLB位流存储器，如PROM 或FLASH存储器；
(2)SRAM型FPGA上电启动，常规位流存储器(即PROM)将CLB 位流加载至FPGA；
(3)CLB位流加载至FPGA后，需要将CLB位流以三模冗余的形式保存在3个Flash存储器中。因此从ICAP接口写入回读指令，启动ICAP 口回读；
(4)通过SRAM型FPGA的ICAP口回读配置存储器，将抗辐射信息数据(回读的原始位流+回读指令+校验值)写入外部存储器(即Flash存储器)；
(5)定时经过ICAP口执行配置存储器回读，将回读数据与外部存储器储值相比较，看是否有数据值的不同；
(6)如果没有发现不同，那么继续定时经ICAP执行配置存储器回读并比对数据来检测SRAM型FPGA中是否发生反转；
(7)如果发现数据值的不同，说明SRAM型FPGA已经发生了反转，那么通过ICAP接口对FPGA配置存储器进行刷新；
(8)在刷新的过程中，如果发现外部存储器中三个备份的抗辐射信息数据不同，那么在SRAM型FPGA配置存储器监控空闲时，重新执行步骤 (2)、(3)、(4)，纠正外部存储器的错误数据；
(9)意外情况下，在配置存储器刷新不能恢复FPGA功能时，可以通过ICAP口写入IPROG指令实现FPGA程序重新从PROM引导实现FPGA 重新配置。IPROG指令为Xilinx本身的SRAM型FPGA具有，在FPGA的器件手册中可以查到。
本实施例的特点在于抗辐射加固中的回读、校验、刷新功能在SRAM 型FPGA中实现，通过SRAM型FPGA内部的ICAP硬核单元对FPGA本身的配置存储器进行回读、校验、刷新，使得FPGA本身具有抗辐射能力。
本发明中的一些未能细说技术内容为本行业技术人员所熟知。本发明的保护范围不止于此范例，而在于本发明的设计思路。
虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路包括：至少三个外部存储器、SRAM型FPGA，所述SRAM型FPGA具有位流存储器和ICAP接口，所述SRAM型FPGA的CLB位流保存在位流存储器，所述外部存储器通过所述ICAP接口与所述FPGA相连，所述SRAM型FPGA上电工作初始时刻先从位流存储器下载CLB位流，所述ICAP接口从所述FPGA回读的自身CLB位流，分别写入至少三个所述外部存储器。
2.根据权利要求1所述的基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述位流存储器采用外部PROM，CLB位流保存在所述外部PROM中。
3.根据权利要求1所述的基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述外部存储器为Flash存储器。
4.根据权利要求1所述的基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括中央控制器，所述中央控制器分别与位流存储器和ICAP接口相连。
5.根据权利要求4所述的基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括数据回读模块，所述数据回读模块用于在中央控制器的控制下，从FPGA和外部存储器回读FPGA的参数。
6.根据权利要求5所述的基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括数据校验模块，所述数据校验模块用于将回读获得的FPGA参数进行校验。
7.根据权利要求1所述的基于外部存储器和ICAP口的SRAM型FPGA抗辐射加固电路，其特征在于，所述SRAM型FPGA抗辐射加固电路还包括外部存储管理模块，所述外部存储管理模块与所述ICAP接口以及所述外部存储器相连以对二者进行读写控制。
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| CN109542838A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-29 | 西安智多晶微电子有限公司 | 一种支持多比特流下载的fpga及其系统 |
| CN113254288A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-13 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种星载设备中fpga单粒子翻转故障注入方法 |
| CN114924808A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-08-19 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 一种基于双份存储程序的sram型fpga在轨可靠加载方法 |
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